CN102351039A - 一种船舶调载控制系统 - Google Patents

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雷坤
刘磊
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Abstract

本发明公开了一种船舶调载控制系统,该船舶是浮吊船,该系统包括:显示单元;第一组液位传感器,用于分别采集艏部左舷和右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷和右舷吃水标志处的吃水;作业工程数据库,用于预存纵倾阈值和各压载水舱的液位高度;调载控制单元,用于计算船体纵倾值,并判断船体纵倾值的绝对值是否超过纵倾阈值,是则计算各压载水舱的总排水/注水量,进而计算得到各压载水舱分别的排水/注水量后,显示在显示单元显示的浮吊船压载舱布置示意图的相应压载水舱处,其实现方式简单,相对于依靠人工经验进行调载而言,可以提供现场操作人员更加准确可靠的调载数据,保证了海上作业的安全。

Description

一种船舶调载控制系统
技术领域
本发明属于工程船舶设计技术领域,尤其涉及一种船舶调载控制系统。
背景技术
基于计算机技术的船舶调载控制系统一般是采用自动与手动交互配载方式,根据船舶静力学原理,按照船舶作业要求来对压载水舱的水量进行配载,以控制船舶的纵倾、横倾等,从而使得船舶达到安全作业的要求。根据船舶类型的不同,其所配备的调载控制系统的算法及算法实现的功能也有异同。
近年来,随着诸如跨海大桥、海洋油田等海洋开发项目的加速发展,对海洋开发过程中必备的船舶起重机(即:浮吊船)也提出了更高的要求。船舶起重机的一个关键作业环节就是利用人工经验对压载水舱中的水量进行调载来保证作业过程中船舶的浮态以支持船舶起重机的正常与安全作业。由于船舶起重机在作业工程中的工况复杂,特别是对于大吨位的船舶起重机,要依靠人工经验调载来满足作业的安全与可靠性非常困难。而现有技术提供的船舶调载控制系统一般针对散货船和油船而设计,由于散货船和油船的作业工况不同于船舶起重机,因此,现有技术提供的船舶调载控制系统无法应用于船舶起重机中,使得船舶起重机只能依靠人工经验进行调载,可靠性低、安全性差,操作困难。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种船舶调载控制系统,以解决现有技术提供的船舶调载控制系统无法应用于船舶起重机,而使得船舶起重机依靠人工经验进行调载,可靠性低、安全性差且操作困难的问题。
本发明提供的船舶调载控制系统中,所述船舶是浮吊船,所述系统包括:
显示单元,用于显示所述浮吊船压载舱布置示意图;
置于所述浮吊船船体吃水标识处、包括多个液位传感器的第一组液位传感器,所述第一组液位传感器中的多个液位传感器用于分别采集艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水;
作业工程数据库,用于预存纵倾阈值和各压载水舱的液位高度;
调载控制单元,用于根据所述第一组液位传感器采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水以及艉部右舷吃水标志处的吃水计算船体纵倾值,并判断所述船体纵倾值的绝对值是否超过所述纵倾阈值,是则计算各压载水舱的排水量/注水量后,显示在所述显示单元显示的所述浮吊船压载舱布置示意图的相应压载水舱处。
本发明提供的船舶调载控制系统通过置于船体的液位传感器实时感应船体吃水,并据此计算船体横倾值、纵倾值、和/或总纵弯矩最大值和总纵剪力最大值,并当船体横倾值、纵倾值、和/或总纵弯矩最大值和总纵剪力最大值超过相应阈值后,给出调载方案并通过显示界面显示,实现方式简单,相对于依靠人工经验进行调载而言,可以提供现场操作人员更加准确可靠的调载数据,保证了海上作业的安全。
附图说明
图1是本发明提供的船舶调载控制系统的原理图;
图2是图1的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
图1示出了本发明提供的船舶调载控制系统的原理,其中的船舶是浮吊船。
本发明提供的船舶调载控制系统包括:显示单元15,用于显示浮吊船压载舱布置示意图;置于浮吊船船体吃水标识处、包括多个液位传感器的第一组液位传感器11,第一组液位传感器11中的多个液位传感器用于分别采集艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水;作业工程数据库13,用于预存纵倾阈值和各压载水舱的液位高度;调载控制单元12,用于根据第一组液位传感器11采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水以及艉部右舷吃水标志处的吃水计算船体纵倾值,并判断该船体纵倾值的绝对值是否超过作业工程数据库13预存的纵倾阈值,是则计算各压载水舱的排水量/注水量后,显示在显示单元15显示的浮吊船压载舱布置示意图的相应压载水舱处。
其中,调载控制单元12根据液位传感器采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水以及艉部右舷吃水标志处的吃水计算船体纵倾值的步骤可以表示为:
Tr=(Tap+Tas)/2-(Tfp+Tfs)/2
其中,Tr为纵倾值,Tap为艉部左舷吃水标志处的吃水,Tas为艉部右舷吃水标志处的吃水,Tfp为艏部左舷吃水标志处的吃水,Tfs为艏部右舷吃水标志处的吃水。
本发明提供的船舶调载控制系统还可以包括:置于浮吊船船体吃水标识处、包括多个液位传感器的第二组液位传感器17,第二组液位传感器17中的多个液位传感器用于分别采集舯部左舷吃水标志处的吃水、舯部右舷吃水标志处的吃水;此时,作业工程数据库13还用于预存横倾阈值;调载控制单元12还用于根据第一组液位传感器11采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水,以及第二组液位传感器17采集到的舯部左舷吃水标志处的吃水、舯部右舷吃水标志处的吃水计算船体横倾值,并判断该船体横倾值的绝对值是否超过作业工程数据库13预存的横倾阈值,是则计算各压载水舱的排水量/注水量后,显示在显示单元15显示的浮吊船压载舱布置示意图的相应压载水舱处。
其中,调载控制单元12根据第一组液位传感器11采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水,以及第二组液位传感器17采集到的舯部左舷吃水标志处的吃水、舯部右舷吃水标志处的吃水计算船体横倾值的步骤可以表示为:
Heel=[(Tap+Tfp+Tmp)/2-(Tfs+Tas+Tms)/2]/B
其中,Heel为横倾值,Tmp为舯部左舷吃水标志处的吃水,Tms为舯部右舷吃水标志处的吃水,B为船宽。
本发明中,作业工程数据库13还用于预存总纵弯矩阈值和总纵剪力阈值;此时,调载控制单元12还可以用于根据第一组液位传感器11采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水,计算船艏吃水和船艉吃水,并根据船艏吃水和船艉吃水,利用船舶力学原理计算总纵弯矩最大值和总纵剪力最大值,之后判断总纵弯矩最大值的绝对值是否超过总纵弯矩阈值、总纵剪力最大值的绝对值是否超过总纵剪力阈值,是则计算各压载水舱的排水量/注水量后,显示在显示单元15显示的浮吊船压载舱布置示意图的相应压载水舱处。
其中,调载控制单元12计算船艏吃水Tf1的步骤可以表示为:
Tf1=(Tfp+Tfs)/2
其中,调载控制单元12计算船艉吃水Tf2的步骤可以表示为:
Tf2=(Tap+Tas)/2
本发明中,作业工程数据库13预存的各种数据均可由现场操作人员手动输入,为此,本发明提供的船舶调载控制系统还可以包括:供用户输入纵倾阈值、各压载水舱的液位高度、横倾阈值、总纵弯矩阈值、和/或总纵剪力阈值的信号输入接口14。
另外,本发明提供的船舶调载控制系统还可以包括:报警提示单元16,用于当调载控制单元12判断总纵弯矩最大值的绝对值超过总纵弯矩阈值、和/或判断纵倾值的绝对值超过纵倾阈值、和/或判断横倾值的绝对值超过横倾阈值时发出声光报警信号,以提示现场操作人员及时做出处理,保证作业的安全性和可靠性。
显示单元15在将各压载水舱分别的排水/注水量后显示在浮吊船压载舱布置示意图的相应压载水舱处之后,现场操作人员可以根据显示内容对各压载水舱进行排水或注水的操作,以使得吊达到目标位置。
上述系统中,调载控制单元12计算各压载水舱的排水量/注水量的步骤可以包括以下步骤:计算各压载水舱满足约束条件的多组排水量/注水量可行解,每组可行解中的元素为压载水舱相应的排水量/注水量,且元素为正值时表示注水量,元素为负值时表示排水量;分别计算每组可行解中,各元素的绝对值的和;将各元素的绝对值的和最小的一组可行解作为各压载水舱的排水量/注水量输出。
其中,约束条件可以表示为:
- B + Σ i = 1 n ( W i + tan k W i ) + shipW + proW = 0
- B × X B + Σ i = 1 n ( tan kW i + W i ) × tan kX i + shipW × X s + proW × X p = 0
- B × Y B + Σ i = 1 n ( tan kW i + W i ) × tan kY i + shipW × Y s + proW × Y p = 0
Wi-((tankWi)min-tankWi)≥0
Wi-((tankWi)max-tankWi)≤0
Wi为实数,i=1,2,...,n
其中,Wi表示可行解中第i(i为自然数)个元素;B表示浮力、XB表示浮力作用点纵坐标、YB表示浮力作用点横坐标;shipW表示空船重量、XS表示空船重心纵坐标、YS表示空船重心横坐标;tankWi表示第i个压载水舱的现存储水量、tankXi表示第i个压载水舱中水量重心纵坐标、tankYi表示第i个压载水舱中水量重心纵坐标;proW表示货物进入部分重量、XP表示货物重量重心纵坐标、YP表示货物重量重心纵坐标;(tankWi)min表示第i个压载水舱的最低液位对应的压载水量、(tankWi)max表示第i个压载水舱的最高液位对应的压载水量。
进一步地,调载控制单元12根据艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水、舯部左舷吃水标志处的吃水、舯部右舷吃水计算得到浮力B、浮力作用点纵坐标XB以及浮力作用点横坐标YB;空船重量shipW、空船重心纵坐标XS以及空船重心横坐标YS预存于作业工程数据库13中;调载控制单元12根据作业工程数据库13预存的第i个压载水舱的液位高度计算第i个压载水舱的现存储水量tankWi、第i个压载水舱中水量重心纵坐标tankXi以及第i个压载水舱中水量重心纵坐标tankYi;货物进入部分重量proW、货物重量重心纵坐标XP、货物重量重心纵坐标YP、第i个压载水舱的最低液位对应的压载水量(tankWi)min以及第i个压载水舱的最高液位对应的压载水量(tankWi)max预存于作业工程数据库13中。
图2示出了图1的结构。
其中,调载控制单元12包括:信号接收模块121,用于接收第一组液位传感器11采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水,和/或第二组液位传感器17采集到的舯部左舷吃水标志处的吃水、舯部右舷吃水标志处的吃水;计算模块122,用于根据第一组液位传感器11采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水以及艉部右舷吃水标志处的吃水计算船体纵倾值,和/或根据第一组液位传感器11采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水,以及第二组液位传感器17采集到的舯部左舷吃水标志处的吃水、舯部右舷吃水标志处的吃水计算船体横倾值,和/或根据第一组液位传感器11采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水,计算船艏吃水和船艉吃水,并根据船艏吃水和船艉吃水,利用船舶力学原理计算总纵弯矩最大值和总纵剪力最大值;总纵弯矩和总纵剪力比较模块123,用于判断计算模块122计算得到的总纵弯矩最大值的绝对值是否超过总纵弯矩阈值、总纵剪力最大值的绝对值是否超过总纵剪力阈值;纵倾比较模块124,用于判断计算模块122计算得到的纵倾值的绝对值是否超过作业工程数据库13预存的纵倾阈值;横倾比较模块125,用于判断计算模块122计算得到的横倾值的绝对值是否超过作业工程数据库13预存的横倾阈值;调载方案生成模块126,用于当总纵弯矩和总纵剪力比较模块123判断总纵弯矩最大值的绝对值超过总纵弯矩阈值、和/或纵倾比较模块124判断纵倾值的绝对值超过纵倾阈值、和/或横倾比较模块125判断横倾值的绝对值超过横倾阈值时,计算各压载水舱的排水量/注水量后,显示在显示单元15显示的浮吊船压载舱布置示意图的相应压载水舱处。
其中,调载方案生成模块126计算各压载水舱的排水量/注水量的步骤如上所述,在此不再赘述。
本发明提供的船舶调载控制系统通过置于船体的液位传感器实时感应船体吃水,并据此计算船体横倾值、纵倾值、和/或总纵弯矩最大值和总纵剪力最大值,并当船体横倾值、纵倾值、和/或总纵弯矩最大值和总纵剪力最大值超过相应阈值后,给出调载方案并通过显示界面显示,实现方式简单,相对于依靠人工经验进行调载而言,可以提供现场操作人员更加准确可靠的调载数据,保证了海上作业的安全。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种船舶调载控制系统,其特征在于,所述船舶是浮吊船,所述系统包括:
显示单元,用于显示所述浮吊船压载舱布置示意图;
置于所述浮吊船船体吃水标识处、包括多个液位传感器的第一组液位传感器,所述第一组液位传感器中的多个液位传感器用于分别采集艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水;
作业工程数据库,用于预存纵倾阈值和各压载水舱的液位高度;
调载控制单元,用于根据所述第一组液位传感器采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水以及艉部右舷吃水标志处的吃水计算船体纵倾值,并判断所述船体纵倾值的绝对值是否超过所述纵倾阈值,是则计算各压载水舱的排水量/注水量后,显示在所述显示单元显示的所述浮吊船压载舱布置示意图的相应压载水舱处。
2.如权利要求1所述的船舶调载控制系统,其特征在于,所述调载控制单元根据所述第一组液位传感器采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水以及艉部右舷吃水标志处的吃水计算船体纵倾值的步骤表示为:
Tr=(Tap+Tas)/2-(Tfp+Tfs)/2
其中,Tr为纵倾值,Tap为艉部左舷吃水标志处的吃水,Tas为艉部右舷吃水标志处的吃水,Tfp为艏部左舷吃水标志处的吃水,Tfs为艏部右舷吃水标志处的吃水。
3.如权利要求1所述的船舶调载控制系统,其特征在于,所述系统还包括:置于所述浮吊船船体吃水标识处、包括多个液位传感器的第二组液位传感器,所述第二组液位传感器中的多个液位传感器用于分别采集舯部左舷吃水标志处的吃水、舯部右舷吃水标志处的吃水;
所述作业工程数据库还用于预存横倾阈值;
所述调载控制单元还用于根据所述第一组液位传感器采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水,以及所述第二组液位传感器采集到的舯部左舷吃水标志处的吃水、舯部右舷吃水标志处的吃水计算船体横倾值,并判断所述船体横倾值的绝对值是否超过所述横倾阈值,是则计算各压载水舱的排水量/注水量后,显示在所述显示单元显示的所述浮吊船压载舱布置示意图的相应压载水舱处。
4.如权利要求3所述的船舶调载控制系统,其特征在于,所述调载控制单元根据所述第一组液位传感器采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水,以及所述第二组液位传感器采集到的舯部左舷吃水标志处的吃水、舯部右舷吃水标志处的吃水计算船体横倾值的步骤表示为:
Heel=[(Tap+Tfp+Tmp)/2-(Tfs+Tas+Tms)/2]/B
其中,Heel为横倾值,Tap为艉部左舷吃水标志处的吃水,Tas为艉部右舷吃水标志处的吃水,Tfp为艏部左舷吃水标志处的吃水,Tfs为艏部右舷吃水标志处的吃水,Tmp为舯部左舷吃水标志处的吃水,Tms为舯部右舷吃水标志处的吃水,B为船宽。
5.如权利要求3所述的船舶调载控制系统,其特征在于,所述作业工程数据库还用于预存总纵弯矩阈值和总纵剪力阈值;
所述调载控制单元还用于根据所述第一组液位传感器采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水,计算船艏吃水和船艉吃水,并根据船艏吃水和船艉吃水,利用船舶力学原理计算总纵弯矩最大值和总纵剪力最大值,之后判断总纵弯矩最大值的绝对值是否超过所述总纵弯矩阈值、总纵剪力最大值的绝对值是否超过所述总纵剪力阈值,是则计算各压载水舱的排水量/注水量后,显示在所述显示单元显示的所述浮吊船压载舱布置示意图的相应压载水舱处。
6.如权利要求5所述的船舶调载控制系统,其特征在于,所述调载控制单元计算船艏吃水和的步骤表示为:
Tf1=(Tfp+Tfs)/2
所述调载控制单元计算船艉吃水的步骤表示为:
Tf2=(Tap+Tas)/2
其中,Tf1为船艏吃水,Tf2为船艉吃水,Tap为艉部左舷吃水标志处的吃水,Tas为艉部右舷吃水标志处的吃水,Tfp为艏部左舷吃水标志处的吃水,Tfs为艏部右舷吃水标志处的吃水。
7.如权利要求6所述的船舶调载控制系统,其特征在于,所述系统还包括:
供用户输入所述纵倾阈值、各压载水舱的液位高度、横倾阈值、总纵弯矩阈值、和/或总纵剪力阈值的信号输入接口。
8.如权利要求6所述的船舶调载控制系统,其特征在于,所述系统还包括:
报警提示单元,用于当所述调载控制单元判断所述总纵弯矩最大值的绝对值超过所述总纵弯矩阈值、和/或判断纵倾值的绝对值超过所述纵倾阈值、和/或判断横倾值的绝对值超过所述横倾阈值时发出声光报警信号。
9.如权利要求6所述的船舶调载控制系统,其特征在于,所述调载控制单元包括:
信号接收模块,用于接收所述第一组液位传感器采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水,和/或所述第二组液位传感器采集到的舯部左舷吃水标志处的吃水、舯部右舷吃水标志处的吃水;
计算模块,用于根据所述第一组液位传感器采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水以及艉部右舷吃水标志处的吃水计算船体纵倾值,和/或根据所述第一组液位传感器采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水以及所述第二组液位传感器采集到的舯部左舷吃水标志处的吃水、舯部右舷吃水标志处的吃水计算船体横倾值,和/或根据所述第一组液位传感器采集到的艏部左舷吃水标志处的吃水、艏部右舷吃水标志处的吃水、艉部左舷吃水标志处的吃水、艉部右舷吃水标志处的吃水,计算船艏吃水和船艉吃水,并根据船艏吃水和船艉吃水,利用船舶力学原理计算总纵弯矩最大值和总纵剪力最大值;
总纵弯矩和总纵剪力比较模块,用于判断所述计算模块计算得到的总纵弯矩最大值的绝对值是否超过所述总纵弯矩阈值、总纵剪力最大值的绝对值是否超过所述总纵剪力阈值;
纵倾比较模块,用于判断所述计算模块计算得到的纵倾值的绝对值是否超过所述纵倾阈值;
横倾比较模块,用于判断所述计算模块计算得到的横倾值的绝对值是否超过所述横倾阈值;
调载方案生成模块,用于当所述总纵弯矩和总纵剪力比较模块判断总纵弯矩最大值的绝对值超过总纵弯矩阈值、和/或所述纵倾比较模块判断纵倾值的绝对值超过纵倾阈值、和/或所述横倾比较模块判断横倾值的绝对值超过横倾阈值时,计算各压载水舱的排水量/注水量后,显示在所述显示单元显示的所述浮吊船压载舱布置示意图的相应压载水舱处。
10.如权利要求1至9任一项所述的船舶调载控制系统,其特征在于,所述调载控制单元计算各压载水舱的排水量/注水量的步骤包括以下步骤:
计算各压载水舱满足约束条件的多组排水量/注水量可行解,每组可行解中的元素为压载水舱相应的排水量/注水量,且元素为正值时表示注水量,元素为负值时表示排水量;
分别计算所述每组可行解中,各元素的绝对值的和;
将所述各元素的绝对值的和最小的一组可行解作为各压载水舱的排水量/注水量输出;
所述约束条件表示为:
- B + Σ i = 1 n ( W i + tan k W i ) + shipW + proW = 0
- B × X B + Σ i = 1 n ( tan kW i + W i ) × tan kX i + shipW × X s + proW × X p = 0
- B × Y B + Σ i = 1 n ( tan kW i + W i ) × tan kY i + shipW × Y s + proW × Y p = 0
Wi-((tankWi)min-tankWi)≥0
Wi-((tankWi)max-tankWi)≤0
Wi为实数,i=1,2,...,n
其中,Wi表示可行解中第i个元素,i为自然数;B表示浮力、XB表示浮力作用点纵坐标、YB表示浮力作用点横坐标;shipW表示空船重量、XS表示空船重心纵坐标、YS表示空船重心横坐标;tankWi表示第i个压载水舱的现存储水量、tankXi表示第i个压载水舱中水量重心纵坐标、tankYi表示第i个压载水舱中水量重心纵坐标;proW表示货物进入部分重量、XP表示货物重量重心纵坐标、YP表示货物重量重心纵坐标;(tankWi)min表示第i个压载水舱的最低液位对应的压载水量、(tankWi)max表示第i个压载水舱的最高液位对应的压载水量。
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